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高效的基于ID的无证书签名方案

通信学报 2008年第2期29卷 87-94页

作者：刘景伟孙蓉马文平西安电子科技大学计算机网络与信息安全教育部重点实验室陕西西安710071

通过利用gap diffie-hellman(GDH)群,提出了一种高效的基于ID的无证书签名方案,该方案通过将2个部分公钥绑定相同的一个ID,从而解决了密钥托管问题。在这个方案中,私钥生成中心(PKG,private key generator)不能够伪造合法者的签名,因为... 详细信息

通过利用gap diffie-hellman(GDH)群,提出了一种高效的基于ID的无证书签名方案,该方案通过将2个部分公钥绑定相同的一个ID,从而解决了密钥托管问题。在这个方案中,私钥生成中心(PKG,private key generator)不能够伪造合法者的签名,因为只能生成一部分私钥,其安全性依赖于CDHP(computational dif-fie-hellman problem)。在随机预言机模型下,新方案被证明能够抵抗适应性选择消息攻击和ID攻击下的存在性伪造。该方案不仅解决了密钥托管问题而且与许多已有的方案相比具有较高的效率。

关键词：基于身份的签名方案无证书签名双线性对密钥托管问题 gap diffie-hellman群

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高效的基于ID的无可信中心签名方案

计算机应用研究 2009年第7期26卷 2751-2753页

作者：蔡光兴陈华湖北工业大学理学院武汉430068

针对现有的基于身份签名系统的密钥托管问题,提出了一种高效的基于身份的无可信中心签名方案。新方案通过将两个部分公钥绑定相同的一个身份,从而解决了密钥托管问题。在随机预言模型下,新方案被证明能够抵抗适应性选择消息和身份的存... 详细信息

针对现有的基于身份签名系统的密钥托管问题,提出了一种高效的基于身份的无可信中心签名方案。新方案通过将两个部分公钥绑定相同的一个身份,从而解决了密钥托管问题。在随机预言模型下,新方案被证明能够抵抗适应性选择消息和身份的存在性伪造攻击。与其他基于身份无可信中心签名方案相比,新方案具有更高的效率。

关键词：基于身份的签名方案密钥托管问题无可信中心双线性对随机预言模型

一种无密钥托管的基于身份的在线/离线加密方案

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信息安全学报 2018年第2期3卷 31-40页

作者：何能强李叶张华国家计算机网络应急技术处理协调中心北京中国100029 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室北京中国100876

随着基于身份的加密算法发展研究,在线/离线技术被认为是一个可以有效提升密钥生成和加密时计算效率的方法。在离线时,很大比例的运算可在明确加密消息和接收方的身份之前完成。当在线时,方案只需要少量的计算便可完成密钥生成和加密。... 详细信息

随着基于身份的加密算法发展研究,在线/离线技术被认为是一个可以有效提升密钥生成和加密时计算效率的方法。在离线时,很大比例的运算可在明确加密消息和接收方的身份之前完成。当在线时,方案只需要少量的计算便可完成密钥生成和加密。本文提出了一种高效的基于身份的在线/离线加密方案,首次使用可选择公用外包密钥生成中心(Outsourced key generator,OKG),解决了之前PKG可单独解密出任意密文的密钥托管问题。在本文的方案中,除非私钥生成中心(Private key generator,PKG)与OKG合谋,否则PKG和OKG都不能单独解密出密文消息。在基于身份的在线/离线加密系统建立之后,用户也可根据对所属PKG的信任程度选择是否使用公用OKG,而不需要PKG重新初始化。方案为减少用户的解密计算代价,可扩展支持云外包解密,解密算法中的大部分运算可以外包给云完成。除此之外,对比于其他现行方案,本方案在密钥生成算法中也可采取在线/离线技术。论文在随机预言机模型下,证明了本文的方案在弱l-BDHI假设下是IND-ID-CPA安全的。最后的效率分析表明本文的方案在计算复杂度和存储开销方面都具有优势。

关键词：基于身份的加密在线/离线密钥生成和加密外包密钥生成中心解密可外包密钥托管问题可证明安全

面向分布式机器学习的大数据安全保护技术研究

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面向分布式机器学习的大数据安全保护技术研究

作者：赵小平东南大学

学位级别：硕士

随着人工智能和互联网技术的发展,分布式机器学习成为了学术界和IT界的研究热点。分布式机器学习可以极大提高机器学习训练模型的速度,从而加快解决问题的速度,极大提高了生产效率。参数服务器是分布式机器学习中应用最为广泛的框架之... 详细信息

随着人工智能和互联网技术的发展,分布式机器学习成为了学术界和IT界的研究热点。分布式机器学习可以极大提高机器学习训练模型的速度,从而加快解决问题的速度,极大提高了生产效率。参数服务器是分布式机器学习中应用最为广泛的框架之一。参数服务器框架中训练数据外包存储到云服务器,可以极大降低本地存储的开销。但是这也会带来一些安全问题,包括数据完整性、数据隐私问题、密钥托管问题和代理签名。同时,参数服务器框架将训练数据存储在数据服务器中,会导致训练数据损坏或丢失等问题。针对目前参数服务器框架存在的完整性保护、数据丢失、代理签名、数据隐私和密钥托管问题,本论文研究面向分布式机器学习的大数据安全保护技术,实现参数服务器框架中参数和训练数据的完整性,并解决完整性验证过程中的数据隐私保护、密钥托管问题以及实现代理签名,从而保证分布式机器学习中训练模型的正确性。本论文研究的创新性工作主要包括如下三个方面:(1)针对分布式机器学习中训练数据完整性问题,本论文提出了一种训练数据完整性验证方案(DML-DIV)。首先,DML-DIV方案通过引入第三方审计者(TPA),定时验证数据服务器中训练数据,从而保证存储在数据服务器中训练数据的完整性。其次,DML-DIV方案解决了隐私保护问题和密钥托管问题,一方面,该方案采用盲化技术,保证TPA审计过程中训练数据的隐私;另一方面,该方案采用两步密钥生成技术,解决密钥托管问题,并且极大降低了证书的管理开销。然后,DML-DIV方案通过采用基于改进的抽样公开审计方案,可以有效防止网络攻击者和数据服务器的篡改攻击和伪造攻击。最后,安全分析和性能分析表明DML-DIV方案比其他公开审计方案更安全和更高效。(2)针对分布式机器学习中不完整训练数据安全恢复问题,本论文提出了一种训练数据安全恢复方案(DML-DR)。首先,DML-DR方案通过引入TPA对训练数据进行公开审计,从而保证训练数据的完整性。其次,DML-DR方案通过采用二进制网络编码技术,对训练数据进行编码后存储到多个云数据服务器,从而保证训练数据可以安全恢复和支持数据批量更新;即在TPA公开审计过程中检测到训练数据被损坏或丢失时,DML-DR方案可以安全恢复丢失或损坏的数据块。然后,DML-DR方案采用盲化技术,保证TPA公开审计过程中训练数据的隐私保护。同时,DML-DR方案采用两步密钥生成技术,解决了密钥托管问题。最后,通过性能分析和安全分析,表明DML-DR方案较其他方案更安全和高效。(3)针对参数服务器框架中参数完整性问题,本论文提出了一种参数完整性保护方案(PS-PIV)。首先,PS-PIV方案可以保证参数的完整性,一方面通过引入TPA定时验证机制,定时验证参数服务器中参数,从而保证参数服务器存储参数的完整性;另一方面通过引入实时验证机制,双方收到参数后实时进行完整性验证,从而保证参数服务器和工作节点之间传输参数的完整性。其次,PS-PIV方案可以实现隐私保护,一方面采用盲化技术保证TPA公开审计过程中参数的隐私保护,另一方面通过引入哈希算法保证代理签名过程中参数的隐私保护。最后,安全分析和性能分析表明PS-PIV方案比其他方案更安全和更高效。

关键词：分布式机器学习参数服务器公开审计完整性保护密钥托管问题隐私保护网络编码

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云存储环境下属性基加密体制研究

云存储环境下属性基加密体制研究

作者：路振华淮北师范大学

学位级别：硕士

云存储技术在政府、企业和个人等领域取得了越来越广泛的应用,但伴随着频频发生的云数据泄露事件,其安全问题也逐渐凸显。由于用户失去了对外包至云端数据的直接物理控制权,同时云服务器提供商可能会出于非法目的访问并分析数据,因此数... 详细信息

云存储技术在政府、企业和个人等领域取得了越来越广泛的应用,但伴随着频频发生的云数据泄露事件,其安全问题也逐渐凸显。由于用户失去了对外包至云端数据的直接物理控制权,同时云服务器提供商可能会出于非法目的访问并分析数据,因此数据的安全和隐私问题就成了用户在使用云服务时的重要顾虑。使用传统的对称或非对称加密可以有效保证数据的机密性,但无法满足灵活、高效地共享和管理数据的需求。属性基加密作为一种新兴的、一对多的加密算法,是同时保证云环境下数据机密性和细粒度访问控制的最有效方法。本文以设计云环境下的属性基加密方案为主线,内容涉及区块链、密钥托管问题以及抗泄漏,主要研究工作如下:1.区块链辅助的属性基可搜索加密。针对在云存储中实施属性基方案时出现的解密计算负担和海量用户密钥管理的问题,结合联盟区块链,设计可撤销的,外包解密的,可搜索的属性基加密方案,该方案具有高效撤销和解密功能。将传统的集中式服务器替换为分布式的区块链系统,所有撤销任务都由区块链完成,不再需要对密文进行重新加密和密钥更新。此外,该方案可以在云端进行预解密操作,用户只需要花费少量的计算成本就可以实现解密操作。理论分析和实验结果均表明,该方案具有较高的效率。2.无密钥托管的属性基加密。针对属性基加密固有的密钥托管问题,结合双方计算(Two-party Computation)协议,设计可撤销的,区块链辅助下的,外包解密的无密钥托管的属性基加密方案,能够抵御恶意用户和被撤销用户之间的共谋攻击。密钥是利用安全的密钥颁发协议计算得出,区块链无法获得用户的秘密值并独立生成完整的密钥,从而有效的解决了密钥托管问题。理论分析和实验结果表明该方案是有效。3.抗泄漏属性基加密。在事后持续辅助输入泄漏模型下设计属性基加密方案。该方案考虑挑战阶段后密钥泄漏对密码系统的影响,如果密钥定期更新,所提出的方案还可抵抗持续泄漏,并利用Goldreich-Levin定理达到辅助输入泄漏。基于标准模型下的三个修改的静态假设,利用双系统加密技术证明了所提方案的安全性。最后,通过与其他方案的性能比较,该方案被证明是有效的。

关键词：属性基加密区块链抗泄漏密钥托管问题用户撤销

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基于椭圆曲线的无证书匿名多接收者签密研究

基于椭圆曲线的无证书匿名多接收者签密研究

作者：贾生盼西安电子科技大学

学位级别：硕士

多接收者签密在一对多的通信方式中占有举足轻重的地位,它可以同时实现签名操作和加密操作,因此被认为是实现广播分发密文的有效方法。然而大多数现有的多接收者签密方案都是基于身份的,存在密钥托管问题,原因是用户的私钥由密钥生成中... 详细信息

多接收者签密在一对多的通信方式中占有举足轻重的地位,它可以同时实现签名操作和加密操作,因此被认为是实现广播分发密文的有效方法。然而大多数现有的多接收者签密方案都是基于身份的,存在密钥托管问题,原因是用户的私钥由密钥生成中心(Key Generation Center,KGC)独立生成,即KGC知道所有用户的私钥。为了避免这一问题,研究人员提出了无证书多接收者签密方案,用户的私钥由用户随机选取的秘密值和KGC生成的部分私钥组成,因此KGC不知道用户的私钥,即解决了密钥托管问题。目前对于无证书多接收者签密的研究已经成为信息安全领域的焦点。然而大多数现有的无证书多接收者签密方案存在一些缺陷,要么在签密过程中采用双线性对运算或者过多的椭圆曲线点乘运算,导致签密过程计算效率较低,要么除了发送者,其他接收者也可以知道授权接收者的身份信息,接收者匿名性没有被实现。另外为解决密钥托管问题,大多数现有的无证书多接收者签密方案将用户的私钥设置成两部分,分别是秘密值和部分私钥,导致用户私钥量较大。针对以上问题,本文提出了无双线性对的无证书匿名多接收者签密方案。在该方案中,用户利用自己随机选取的秘密值、自己的公钥以及KGC生成的部分私钥计算出自己的私钥,这不仅解决了密钥托管问题,而且减少了用户私钥量。在签密过程中采用椭圆曲线来避免双线性对的利用,且椭圆曲线点乘运算的次数远小于现有的方案,提高了签密操作的计算效率。同时,运用多项式技术隐藏接收者的身份信息,保护接收者的隐私性。随后,对前面提出的方案进行了深入的研究与分析,注意到用户和KGC需要通过安全信道来交互部分私钥,这导致在交互过程中部分私钥的安全性完全依赖于安全信道,并且系统成本开销较高。针对这个问题,本文结合前面提出的方案继续提出了一个无安全信道的无证书匿名多接收者签密方案,该方案通过计算用户的伪部分私钥,避免了第一个方案用户和KGC交互部分私钥过程中对安全信道的依赖。对本文的两个方案进行对比分析,发现第一个方案具有较高的计算效率,但是用户和KGC交互时需要依赖安全信道,而第二个方案避免了对安全信道的依赖,进一步提高了方案的安全性和实用性,但是相比第一个方案计算效率略低。本文的两个方案都实现了消息机密性、接收者匿名性、不可伪造性,同时本文方案都避免使用耗时的双线性对运算,且减少了椭圆曲线点乘运算的数目。因此本文的方案可以应用于组播网络中的网络广播签密服务、云数据共享以及付费电视等领域。

关键词：无证书多接收者签密密钥托管问题安全信道椭圆曲线

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基于身份自证实的匿名的多接收者签密

基于身份自证实的匿名的多接收者签密

作者：张倩西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着网络技术的飞速发展,安全组播/广播已经成为许多网络服务系统中所必不可少的功能,而与组播相关的密钥分发技术也成为一个研究的热点。传统的“一对一”的组播密钥分发方式不再能够满足人们日益增长的需求,人们迫切的希望寻求另一种... 详细信息

随着网络技术的飞速发展,安全组播/广播已经成为许多网络服务系统中所必不可少的功能,而与组播相关的密钥分发技术也成为一个研究的热点。传统的“一对一”的组播密钥分发方式不再能够满足人们日益增长的需求,人们迫切的希望寻求另一种高效的、耗费少的且能够一次性的向成千上万的人同时发送密钥的分发方式,而多接收者加密/签密则就是能够满足这一需求的最好方式之一。之后,为了简化传统的公钥加密体制中用户的公钥需要从公钥证书中获得这样复杂的步骤,学者们把基于身份的密码体制引入了多接收者加密/签密,形成了基于身份的多接收者加密/签密。近年来,为了保护接收者匿名性,学者们提出了基于身份的匿名的多接收者加密/签密。但是,基于身份的密码体制中却存在着固有的密钥托管问题,究其原因是该体制中用户的私钥是由密钥生成中心根据系统主密钥和用户身份信息生成的,密钥生成中心知晓所有用户的私钥。由此,也就易发生下面的情况:密钥生成中心秘密地提取某个用户的私钥伪造该用户的签名或者解密该用户的密文。为了避免上述问题,学者们将无证书公钥密码体制与多接收者加密/签密相结合提出了无证书的多接收者加密/签密方案。但是,该方案却存在着易遭受公钥替换攻击的问题,即用户的部分公钥由用户自己生成,没有和用户的身份进行绑定,也没有公钥的可显式验证。针对以上所提的问题,本文基于有限域上的离散对数问题提出了一种新的基于身份自证实的匿名的多接收者签密方案。新的方案将Girault基于身份的密钥交换协议与多接收者签密方案相结合,在避免了密钥托管问题的同时,还具备无证书多接收者签密方案所不具有的显式验证公钥功能,且能够避免公钥替换攻击。而所谓的显式验证公钥是指在不泄露用户私钥的前提下,任何人都可判断该用户的公钥是否是他的,没有被篡改或者是伪造。另一方面,新的方案使用新的多项式技术替换先前的拉格朗日插值多项式,糅合了接收者的身份信息,也使得授权的接收者不能够判断其他接收者是否被授权,从而避免了来自系统内部的其他授权接收者的攻击。因此,新的方案不仅可以防止来自外部的攻击者攻击系统获得接收者的身份,而且能够保证系统内部的接收者不能够相互攻击判断身份信息,从而也就确保了完整的接收者的匿名性。此外,本文所提出的方案还在随机预言模型下给出了机密性、不可伪造性、接收者匿名性的安全性证明。同时,通过与现有的方案进行对比,可知本文的所提方案具有更好的性能,不仅能够避免了密钥托管问题,而且不存在公钥替换攻击,还具有显式验证公钥功能。因此,本文方案能够更好的应用于安全广播、网络会议、付费电视、云数据共享等方面,有着极高的安全性和实用性。

关键词：密钥交换多接收者签密密钥托管问题接收者匿名性显式验证公钥

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面向云数据的新型属性基加密算法研究

面向云数据的新型属性基加密算法研究

作者：赵司宇东南大学

学位级别：硕士

随着互联网技术的发展,信息传输的速度和存储空间的大小都得到了很大的提高,因此带来了云计算与大数据技术的发展。云计算与大数据技术为用户共享个人数据提供了极大的便利,并且大大减少了本地数据存储与管理所需要的开销。现今例如百... 详细信息

随着互联网技术的发展,信息传输的速度和存储空间的大小都得到了很大的提高,因此带来了云计算与大数据技术的发展。云计算与大数据技术为用户共享个人数据提供了极大的便利,并且大大减少了本地数据存储与管理所需要的开销。现今例如百度云之类的大量云存储应用都能够给用户提供大量的私人空间以存储视频、音频、文字等大量资源并并根据拥有者的需求分享给他人,从而在日常生活中日益得到了广泛的应用。出于保护云共享数据的安全性的目的,属性基加密方案(Attribute-based Encryption,ABE)成为了现今常用的云加密方案,它能够细粒度地控制用户的数据访问权限,从而非常适合现实中复杂多变的数据共享环境。然而,例如密钥托管问题、共谋攻击、安全密钥分发、安全属性撤销等ABE未能完全解决的问题可能会引发安全性方面的问题。此外,现有的加密算法的安全性通常通过大素数分解难题和离散对数难题得到保证。然而,随着量子计算机技术的发展,大素数分解难题和离散对数难题已经被证明了不能够抵御量子攻击。为此,格公钥加密方案开始被提出,这些加密方案的以格难题为基础,由此确保了加密算法的的安全性。本文研究的内容分为以下三个部分:1.本文提出了一个云环境下具有两个层次撤销的安全的数据共享方案(SDSS-TLR)。这一方案能够在密钥中加入与用户身份直接相关的保密信息,无法被密钥分发中心以外的实体获取,从而能够抵抗用户与用户之间、用户与云服务器之间的共谋攻击。该方案能够通过两个不同的实体合作共同生成密钥,每一个实体都掌握了部分生成密钥的原始信息,并在生成了不同部分的密钥之后分别将它们发送给用户,从而解决了密钥托管问题。该方案设定了安全高效的属性分发与撤销机制,能够保证包括了前、后向安全的安全撤销。该方案保证除用户登记阶段以外均使用公共信道传输信息的条件下完成安全的密钥分发。此外,SDSS-TLR方案中有2种不同层次的撤销。该方案能通过管理用户属性或列出撤销用户列表来控制用户解密密文的权力。2.由于传统的ABE方案已经不能抵御量子攻击,本文提出了一个云环境下基于格难题R-LWE生成的ABE方案(RL-ABE)。这一方案通过使用格难题产生的陷门函数来生成属性的公、私钥对和保密值,从而生成了基于格难题的密文和密钥,以此保证能够抵御量子攻击,并针对抵抗量子攻击的能力给出了严格的数学证明。同时,该方案也能够抵御包括共谋攻击在内的安全性攻击。该方案通过将ABE方案与格公钥加密方案相结合,实现了以往格公钥加密方案中不能实现的细粒度访问接入控制,从而能够灵活地控制用户的数据共享权力。此外,由于已有的尝试基于格难题生成的ABE方案还存在不能够完成属性撤销的缺陷,RL-ABE方案设定了安全、高效的属性撤销机制,通过分发更新组件来更新用户所拥有的属性信息,从而管理用户的访问权限。3.本文提出了一种同时基于NTRU算法和R-LWE难题生成的基于格难题生成的ABE方案。由于现有的云环境下基于格难题生成的ABE方案大多仅基于R-LWE难题生成。由此产生的方案具备较高的安全性,且能够保持较高的效率。但是,相对于其他传统的ABE方案和格公钥加密方案,虽然分别保证了更高的安全性和灵活、细粒度控制的能力,但是由于需要由一组格而非一个单独的数来代表属性以及针对大量属性需要产生多组格的原因,在存储开销和运行效率上有所降低。该方案通过NTRU算法完成加、解密,以提高了算法的运行效率效率,与此同时也通过R-LWE难题生成的陷门函数生成密钥,保证了算法在抵御量子攻击、共谋攻击等攻击方面的安全性。与此同时,我们也改进了过去基于NTRU算法得到的加密算法所存在的一定概率解密失败的问题。

关键词：云存储属性基加密方案格公钥加密方案撤销密钥托管问题 R-LWE难题 NTRU算法